面向早期宫颈癌检测的薄层光学层析成像技术研究

发布时间：2019-10-08 10:23

【摘要】：宫颈癌是常见的妇科病,严重威胁女性健康,而早期宫颈癌的治愈率较高。本文研究了基于薄层光学层析成像系统(Laminar optical tomography,LOT)的早期宫颈癌病变诊断系统。LOT是一种新型的介观成像技术,其空间分辨率及成像深度位于宏观成像和微观成像之间。由于LOT系统较浅的探测距离(约0~2mm),使得探测到的光子散射次数少,从而能够获得比DOT较高的空间分辨率,而成像深度限制在毫米量级。以上这些特点使LOT非常适用于早期宫颈癌的诊断中。本论文首先设计并搭建了面向早期宫颈癌检测的LOT系统。与大多数DOT系统使用的接触式探测方式不同,LOT采用类似共聚焦扫描显微镜的光学结构实现非接触的栅格化扫描。该系统采用线阵PMT作为漫射光探测器,其不同通道对应目标物体表面每个扫描点下距离光源不同的探测点位置。这样由平面扫描获取的不同源探距离下的二维原图像(raw image)序列,通过图像重建算法可以获取目标物体的三维信息。该系统主要包含632.8nm稳态光发生、微弱漫射光检测以及扫描控制部分。为了同步栅格化的扫描方式及每个扫描位置下的多点共线探测,采用基于X86平台的上位机软件通过PCI总线进行系统集成,实现了约1fps(在2mm×2mm的区域上包含30×30像素点)的扫描速度,并能够实时监测原图像。进而,采用仿体实验验证了系统性能,对所有扫描点下不同源探距离的漫射光测量结果取平均值,经归一化后与蒙特卡洛(Monte-Carlo,MC)模拟值比较,其相对误差小于11.6%。此外测试了该系统的最大测量深度以及异质体在500μm深度下的横向分辨率,分别达到2.4mm及140μm,满足了系统设计要求。在初步的人体实验中,选择对浅层血管丰富的手背进行成像。原图片较真实地反应了不同深度的皮肤组织,能够较清晰地看见与探测深度对应的血管分布。下一步,我们将通过原图像重建出组织体的光学参数分布,进而获取组织体的功能信息。
【图文】：

宫颈,宫颈鳞状细胞癌

宫颈组织的被覆上皮分为：宫颈下开口处被覆的复层鳞状上皮（约 500 μm厚），宫颈管表面的柱状上皮。鳞-柱交界部位为子宫颈上皮内瘤变和癌变的好发部位[28]，因此鳞柱交接处是宫颈鳞状细胞癌早期病变检查的重要区域。宫颈癌主要分为宫颈鳞癌和宫颈腺癌，宫颈鳞癌占宫颈原发肿瘤中约 90%~95%，而腺癌约占 5%~8%[7]，两种癌症在外观上并无特殊差别，只是前者发病于宫颈面，后者发病于宫颈管。宫颈鳞状细胞癌的发病过程是子宫颈非典型性增生、原位癌、早期浸润癌、浸润癌[29]，如图 2-2 所示。CIN I 级时，异常增殖细胞位于上皮层下的 1/3，上皮组织厚度约为 500 μm，此时中、表层细胞及基底细胞正常。当病变发展至 CIN II级时，异常增殖细胞位于上皮组织的下 2/3 内，还未扩散至表层及基底。当病变发展至 CIN III 级时，异常增值细胞扩散至上皮层的 2/3 以上，甚至布满全层，此时基底膜完整。当病变发展至早期浸润癌时，异常增殖细胞已侵犯全层，且突破基底膜。进一步地，当癌细胞侵犯间质的深度达 5mm 时，病变已发展为鳞状上皮浸润癌。

过程图,过程,宫颈,宫颈鳞状细胞癌

宫颈组织的被覆上皮分为：宫颈下开口处被覆的复层鳞状上皮（约 500 μm厚），宫颈管表面的柱状上皮。鳞-柱交界部位为子宫颈上皮内瘤变和癌变的好发部位[28]，因此鳞柱交接处是宫颈鳞状细胞癌早期病变检查的重要区域。宫颈癌主要分为宫颈鳞癌和宫颈腺癌，宫颈鳞癌占宫颈原发肿瘤中约 90%~95%，而腺癌约占 5%~8%[7]，两种癌症在外观上并无特殊差别，只是前者发病于宫颈面，后者发病于宫颈管。宫颈鳞状细胞癌的发病过程是子宫颈非典型性增生、原位癌、早期浸润癌、浸润癌[29]，如图 2-2 所示。CIN I 级时，异常增殖细胞位于上皮层下的 1/3，上皮组织厚度约为 500 μm，此时中、表层细胞及基底细胞正常。当病变发展至 CIN II级时，异常增殖细胞位于上皮组织的下 2/3 内，还未扩散至表层及基底。当病变发展至 CIN III 级时，异常增值细胞扩散至上皮层的 2/3 以上，甚至布满全层，此时基底膜完整。当病变发展至早期浸润癌时，异常增殖细胞已侵犯全层，且突破基底膜。进一步地，，当癌细胞侵犯间质的深度达 5mm 时，病变已发展为鳞状上皮浸润癌。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R737.33

【参考文献】